突破500公里！我国科学家创造现场光纤量子通信新世界纪录

来源：中国数字科技馆

近日，中国科学技术大学教授潘建伟及同事张强、陈腾云与济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作，近期突破现场远距离高性能单光子干涉技术，采用两种技术方案分别实现428公里和511公里的双场量子密钥分发，创造了现场无中继光纤量子密钥分发传输距离的新世界纪录。相关研究成果分别发表于国际著名学术期刊《物理评论快报》（被选为编辑推荐文章）和《自然·光子学》上，并被APS下属网站Physics SYNOPSIS栏目和英国《新科学家》报道。

　*测试现场的鸟瞰图：Alice 位于济南济南量子技术研究所；Bob 位于青岛的互联网数据中心（IDC）机房；第三方测量由 Charlie 在临沂的一个房间内完成，距离 Alice 223 公里，距离 Bob 205 公里。

传统的量子密钥分发（QKD）传输距离受到光纤损耗的限制，而双场量子密钥分发（TF-QKD）则具有密钥率随信道透过率的平方根尺度下降的优势，所以特别适合远距离QKD。

此前，潘建伟团队已经在实验室内实现超过500公里TF-QKD的验证，然而，在实际场景的苛刻环境下实现TF-QKD是极其困难的。实验室内温度、振动以及人活动引起的声音等噪声都可以被有效隔离，但现场环境中这些是不可避免的。除此之外，光缆的损耗、不同光缆之间的干扰，都会影响实验效果。

在王向斌提出的SNS-TF-QKD（“发送-不发送”双场量子密钥分发）协议基础上，潘建伟团队利用中科院上海微系统所尤立星小组研制的超导探测器，基于“济青干线”现场光缆，在现场将无中继光纤QKD的安全成码距离推至500公里以上。

这一研究成果成功创造了现场光纤无中继QKD最远距离新的世界纪录，在超过500公里的光纤成码率打破了传统无中继QKD所限定的成码率极限，即超过了理想的探测装置（探测器效率为100%）下的无中继QKD成码极限，并在实际环境中证明了TF-QKD的可行性，并为实现长距离光纤量子网络铺平了道路。

近一年多来，潘建伟团队成果不断。今年5月，我国首个可操纵的超导量子计算机体系“祖冲之号”问世，该成果将为促进中国在超导量子系统上实现量子优越性奠定技术基础，也为后续具有重大实用价值的通用量子计算的研发提供支持。

今年1月，潘建伟团队在《自然》杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”的论文，验证了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。

潘建伟表示：“我们的工作表明，量子通信技术对于大规模的实际应用已经足够成熟。类似地，如果把来自不同国家的国家量子网络合并在一起，并且如果大学，机构和公司聚集在一起以标准化相关协议、硬件等，则可以建立全球量子通信网络。”

去年12月，潘建伟团队成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

从九章量子计算机原型的发布到证明广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已成熟，中国在量子科技领域取得了跨越式的发展，未来中国将构建天地一体的有量子通信安全保障的未来互联网。

中国科大教授陈宇翱此前曾对第一财经记者表示，未来中国量子通信技术的发展方向主要有三个，一个是通过与经典密码学的结合，从而实现量子通信安全性的定量化；另一个是量子通信系统的芯片化、小型化和低成本化；第三个是完善建网的方式以及协议的更新。

量子技术应用公司夸密（Quakey）创始人CEO张文卓对第一财经记者表示：“量子信息技术将掀起第四次科技革命，也是第二次信息革命，但整个学科绝大部分还处于科研阶段，仅有量子加密技术成熟到可以广泛应用。目前行业仍然缺少能够用前沿量子加密技术去解决信息安全问题的专业企业。”